RETARDACE ODTOKU Z PRAMENNÝCH OBLASTÍ SOUKUP M., MIMROVÁ K., PILNÁ E Výzkumný ústav meliorací a ochrany půdy Praha, Žabovřeská 250, 156 27 Praha 5 Zbraslav V důsledku antropogenní činnosti, zvláště vlivem systematického odvodnění zemědělských pozemků, byly v krajině částečně nebo zcela znehodnoceny některé ekologicky cenné lokality. Při odvodnění pramenných oblastí byly bodové, liniové, ale i difusní (plošné) vývěry napojovány obvykle v hloubce cca 1,0 m pod úrovní terénu na podzemní odvodňovací trubní síť, jejímž prostřednictvím je voda poměrně rychle odváděna do recipientů odvodnění. Byly tak napojeny i některé středně a méně vydatné prameny, které však mohou být, z hlediska vodohospodářského i ekologického (biodiversita a retence vody v povodí), dnes při retardaci odtoku vody významné. Na experimentálním povodí Cerhovického potoka (okr. Beroun) a na několika dalších odvodněných plochách (okr. Mladá Boleslav a Chrudim) byla provedena studie řešení systémů odvodnění a jejich pramenných jímek. V povodí Cerhovického potoka byly po dobu deseti let sledovány drenážní odtoky na dvou, z hlediska dotace vody, odlišných drenážních skupinách a vyhodnoceny jejich hydrologické charakteristiky včetně stanovení součinitele odtoku. Na základě výsledků studie provedené v rámci řešení výzkumného úkolu EP 090006150 Regulace odtoku povrchové a půdní vody v povodí s ohledem na ochranu vod jsou navrženy dva způsoby úpravy (rekonstrukce) odvodňovací sítě a jejich objektů: (1) vložení podzemního retardačního systému do stávající odvodňovací sítě a (2) úprava objektů pramenných jímek a jejich ochranného pásma. As a result of antropogenic activity especially due to the effect of drainage of the agricultural land, some sites in the countryside valuable from view point of the environment protection were partially or completely deteriorated. Point, linear even diffused (scattered) springs were, usually at a depth of about 1m under the terrain level, connected with the underground drainage tube system, through which the drainage water quite fast runs out to the drainage recipients. Some middle or less water yield recourses were also linked with drainage systems in such a way despite the fact that they can play an important role from view point of the environment and water management, in respect of the biodiversity issue and retention of water in the catchment. In order to evaluate the function of the drainage system and associated groundwater caption structures, a study on the experimental water catchment of the Cerhovický stream in the Beroun region as well as on some further agricultural drained sites in the Ml. Boleslav and Chrudim regions has been performed. For ten years, the drainage water outflow from the two drainage systems, which differ as to quantity of the water donation, has been measured in the Cerhovický stream s water catchment. On the basis of the obtained results the hydrological characteristics including the coefficient of the drainage outflow were evaluated. The output of the study performed in the framework of the research project EP 09006150 Regulation of the Surface and Groundwater Outflow in the Catchment in view of Water Conservation was implemented in the two proposals for reconstruction of the drainage system network and its caption structures through: (1) incorporation of the underground retardation elements into the existing current drainage system, (2) an improvement of the arrangement of the groundwater caption structures. Úvod Formulovat obecné zásady pro zlepšení hydrologické funkce zemědělsky a lesnicky využívaného povodí je obtížné, neboť poměry v jednotlivých povodích (zvláště geologické a hydrogeologické) se mnohdy výrazně liší. Ve zprávě o řešení úkolu Revitalizace zemědělsko-lesního povodí (Soukup a spol., 1995) autoři mimo jiné uvádějí: a) Povrchový odtok pokud možno eliminovat, zpomalovat a převádět na odtok podzemní. b) Zvyšovat zásoby vody v povodí. Optimalizovat vláhový režim půd s ohledem na plodiny. c) Zvyšovat plochu a krycí schopnost vegetačního pokryvu. Koordinovat osevní postupy z hlediska efektivnosti rostlinného krytu. d) V rámci daného úhrnu evapotranspirace upřednostnit transpiraci a výpar z intercepce před fyzikálním výparem. e) Udržet, případně zvýšit infiltrační schopnost půd. f) Zvyšovat retenční schopnost půd, včetně retence na povrchu půdy. g) Snižovat extrémní průtoky a omezit rozsah záplav na vybrané inundační území (poldry). h) Povrchové vývěry podzemních vod lokalizovat a významnější z nich ochránit. IUAPPA Praha 2000 238 Section: B
Některé zásady mají určité meze nebo jsou z různých pohledů a zájmů (produkčních a ochrany přírody) rozporné a budou platit jen za určitých podmínek či při uplatnění vzájemných vazeb. Chceme-li v povodí zvýšit zásobu (retenci) vody, musíme podpořit (zvýšit) infiltraci, zvýšit retenční schopnost půd a snížit povrchový odtok. Toho lze dosáhnout různými biotechnickými a (agro)technickými opatřeními, včetně koncepční změny hospodaření s vodou v povodích, která by měla odpovídat principům tzv. udržitelného rozvoje (sustainability). V tomto článku se zaměřujeme na poslední bod uvedených zásad, tedy na otázku pramenných vývěrů, které byly podchyceny při zemědělském odvodnění půd. Při antropogenní činnosti v pramenných oblastech (také v důsledku odvodnění zemědělských půd) dochází k narušení až likvidaci pramenišť. V důsledku toho dochází i ke snižování heterogenity krajiny a odstraňování ekologicky cenných stanovišť. Český hydrometeorologický ústav (ČHMÚ) sleduje vydatnost, teplotu a jakost vybraných pramenů. V r. 1992 bylo sledováno na území ČR celkem 511 pramenů. Na Berounsku jsou sledovány např. prameny: Tetín Koda; Srbsko - Císařská rokle; Hostomice pod Brdy U ryby; Svatý Jan pod Skalou pramen Sv. Ivana; Nesvačily Na čisté. Prameny a pramenné vývěry podchycené při odvodnění zemědělských půd jsou relativně méně vydatné. Bodové, liniové, a difusní (plošné) vývěry byly při odvodnění půd napojovány na podzemní trubní síť v podstatě bez ohledu na vydatnost těchto zdrojů. Na odvodňovací síť byly napojeny i některé středně či méně vydatné zdroje (prameny), které však mohou být, z hlediska hospodářského i ekologického, při určité úpravě odtokového režimu využity pro zlepšení vodního režimu jednotlivých lokalit, resp. krajiny. Podchycené vývěry přispívají k akceleraci odtoku a k vysušování území, což je nežádoucí. Navíc - voda sbíraná systémem odvodnění se ředí s čistou vodou z pramenných lokalit. Původní stav prameniště (zóny okolo vývěru) před odvodněním znamenal obvykle existenci mokřadních biotopů. Umístění pramenních jímek při výstavbě nebylo mnohdy snadné, takže se výstavba jímky, pokud nebyla zajištěna její účinnost, opakovala nebo se rozšiřovala plocha jejího kamenného záhozu. Je třeba zdůraznit, že odvodněním pozemků s drobnými pramennými vývěry se plochy kvalitativně proměnily a mohly být zemědělsky efektivně využívány. Z hlediska krajinné ekologie a vodního hospodářství krajiny však dochází nesporně ke škodě. Sama skutečnost, že některé prameny se střední vydatností zmizely z povrchu a nelze s nimi prakticky nakládat, bezprostředně se jich dotýkat, je rovněž ke škodě člověku. Situaci lze však v budoucnu postupně zlepšovat. Vždyť cílem, který si zemědělství klade v oblasti vodního hospodářství, je optimalizace vodních režimů půd resp. pozemků, zvyšování přístupné vláhy v rhizosféře řízeným tj. regulovaným vodním režimem a vytvářením zásobní akumulace vody a zdrojových ploch tak, aby bylo možno zajistit optimální půdní vláhu i v suchém období.. Tyto požadavky je nezbytné zohlednit v našem zemědělství po roce 2000 (po vstupu ČR do EU), spolu s principem trvale udržitelného rozvoje v našich podmínkách. Nový přístup k ošetření pramenišť se však musí stát ctí a věcí uživatelů pozemků, resp. majitelů odvodňovacích systémů. Přirozeně, že finanční podporu lze očekávat i od státu. Úpravy pramenních jímek a odtoku ze systému odvodnění lze navrhovat a realizovat v rámci programů Revitalizace říčních sítí, Obnovy venkova, Komplexních pozemkových úprav aj. Pokusná lokalita a metoda šetření K hodnocení vlivu a způsobu podchycení pramenných vývěrů při odvodnění zemědělských půd na hydrologický režim bylo využito experimentální povodí VÚMOP Praha, ležící v horní časti povodí Cerhovického potoka v katastru obcí Cerhovice a Záluží. Na tomto povodí bylo v letech 1960 1975 odvodněno několik zamokřených lokalit. Dvě z nich obsahují četné pramenní jímky, jimiž byly vývěry vesměs podchyceny. Situační zákres pramenních jímek je uveden na obr. 1. Pramenní jímky jsou součástí stávajícího systému odvodnění půd systematickou (drenážní skupina Š8 23,5 ha) a sporadickou drenáží (V hájích, v obr. 1 značeno jako 6, 6a, 8), uloženého v hloubce 0,7 0,9 m a vody jsou poměrně rychle odváděny drenážní sítí (podzemním potrubím a příkopy) do Cerhovického potoka. V rámci meteorologických a hydrologických měření pro řešené výzkumné úkoly a projekty byly, mimo jiné, kontinuálně sledovány drenážní odtoky. Průměrný specifický drenážní odtok z drenážní skupiny Š7 činí 0,063 l.s -1.ha -1. V této práci jsme na základě naměřených dat provedli vyhodnocení součinitele drenážních odtoků pro dvě charakteristické skupiny. Obě drenážní skupiny jsou situovány vedle sebe a leží přibližně na stejných půdách. Drenážní skupina Š8 podchycuje četné pramenné vývěry a skupina Š7 (40,5 ha) tyto vývěry neobsahuje. Srovnáním drenážních odtoků obou skupin (zvláště jejich součinitele drenážního odtoku) je možno doložit odlišnost jejich srážko-odtokového režimu a potvrdit přítomnost vstupu vnějších, převážně podzemních vod na odvodněnou lokalitu. Z hlediska půdního druhu se jedná o půdy hlinito-jílovité až jílovito-hlinité s příměsí skeletu. Hydraulická vodivost těchto půd se pohybuje od 0,03 0,40 m.den -1, pórovitost činí 35-45 % a drenážní pórovitost 6 10 %. V roce 1986 bylo v severní části experimentálního povodí vyhlášeno chráněné území - přírodní památka Studánky u Cerhovic. Jde o prameništní lokalitu o velikosti 9,5 ha v nadmořské výšce 430-440 IUAPPA 2000 239 Section: B
m, vyznačující se pestrou květenou. Na dané lokalitě je prováděn botanický průzkum, monitorována kvalita vody a měřena úroveň hladiny podzemních vod RNDr. J.Hoškem (1986). Voda z pramenných vývěrů v části této lokality je odváděna povrchovými příkopy. Na chráněné území navazují výše uvedené odvodněné lokality V hájích a Pod špičákem (na obr. 1 plocha nad Š8). Prameny podchycené jímkami jsou odváděny svodným drenážním potrubím do cestního příkopu a mají setrvalý průtok a stálou vydatnost. Konstrukční úprava provedených pramenních jímek je blízká typovým podkladům, které vydával Hydroprojekt (Břenda I.,1988). Základem jímky je obvykle svislá perforovaná roura, nebo kamenná rovnanina uložená na betonovém základu a obsypaná propustným záhozem. Výsledky a diskuse V grafu na obr. 2 jsou uvedeny součinitelé drenážních odtoků z let 1990 1993 pro dvě drenážní skupiny Š7 a Š8. Rozdíly v hodnotách součinitelů dokládají existenci přítoku vnějších vod na odvodněné ploše Š8. Zatímco na lokalitě Š7 jde převážně o odtok, který je poměrně složitou reakcí na srážky, jde u lokality Š8 o odtokový proces, který je výslednicí kombinace odtoku ze srážek a přítoku vnějších vod. V letech 1990 1993 byly na vlastní meteorologické stanici v povodí Cerhovického potoka naměřeny tyto roční srážkové úhrny: 424,7 mm; 248,9 mm; 416,7 mm a 553,5 mm. Některé vývěry podchycené při odvodnění by po určité úpravě mohly být v krajině obnoveny. Rozhodující pro jejich úpravu je jejich vydatnost, která však může poměrně výrazně kolísat a proto není snadné stanovit určitý limit. Podle našich poznatků z některých staveb odvodnění by mohlo jít o vývěry s minimální vydatností 0,1 l.s -1 a průměrné vydatnosti cca 0,6 l.s -1. Při podchycení pramenných vývěrů drenážním systémem jsou podmínky pro provedení průzkumu obtížné, neboť některé hydrologické parametry, např. vydatnost jednotlivých pramenů, u systému, který je podzemní, prakticky nelze měřit. Lze však měřit odtok z celého systému nebo jeho dílčí části a srovnáním průtoků v době snížených průtoků (separací) lze určit celkovou vydatnost pramenů z jednotlivých skupin či části odvodňovacího systému. Jednou z hydrologických charakteristik, které musí být v rámci šetření (průzkumu) posouzeny a jsou nutné pro návrh řešení (úpravu) odtokových poměrů (modernizaci nebo revitalizaci), jsou charakteristiky drenážního odtoků. Převažující počet liniových pramenných vývěrů je vázán na dvě morfologicky a hydrogeologicky charakteristické situace. Jde o údolní prameny v patě svahů nebo ve sklonitých polohách, kde vývěry vystupují na povrch v místech, v nichž vodorovná či skloněná, měně propustná vrstva odvádí vodu z geologické struktury na povrch (typ vrstevný). V linii podél vývěrů je zcela nevhodné hospodaření na orné půdě. Vhodnější je zatravnění těchto pozemků. Závěr Úprava odtoků z pramenných oblastí není zcela uspokojivě dořešena. Dosavadní způsob podchycení pramenných vývěrů při odvodnění zemědělských půd pramenními jímkami není mnohdy optimální, neboť jímky postrádají jakoukoli možnost regulace odtoku. V některých případech, pokud se prokazatelně jedná o vydatnější zdroje, by bylo vhodné prostřednictvím hradítek, umístěných v jímce nebo v její blízkosti, zvednout úroveň hladiny vody až k povrchu půdy a vytvořit kolem jímek ochranné pásmo s travními porosty, doplněné případně i odpovídající vegetací. Ve sledované lokalitě, v části povodí Cerhovického potoka, navrhujeme provést rekonstrukci pramenních jímek a případně realizovat převod drenážních vod do travních vsakovacích pásů. Tato úprava však znamená vyčlenění pozemků z orné půdy, předpokládá ochranou zónu s trvalými travními porosty a vřazení prvku (biocentra, biokoridoru) do lokálního systému ÚSES. Optimální varianta řešení odtoku musí být posuzována dle specifických podmínek dané lokality. Základem posouzení a návrhu úpravy pramenných lokalit jsou průzkumy (hydropedologický a biogeografický), které zhodnotí vstupní abiotické i biotické podmínky lokality a stávajícího technického systému stavby odvodnění. Výsledky publikované v tomto článku byly získány v rámci projektu č. EP 090006150 Regulace odtoku povrchové a půdní vody v povodí s ohledem na ochranu vod, financovaného Národní agenturou pro zemědělský výzkum. IUAPPA 2000 240 Section: B
Soukup M.: Retardace odtoku z pramenných oblastí Obr. 1. IUAPPA 2000 241 Section: B
Souèinitel drenáž ního odtoku a roèní úhrny sráž ek 1990-1993 Drenáž ní skupina Š7 a Š8 - povodí Cerhovického potoka sráž ky souè.qd - Š8 souè.qd - Š7 0,6 700 0,5 600 souèinitel Qd 0,4 0,3 0,2 500 400 300 200 roèní úhrn srážek v mm 0,1 100 0,0 1990 1991 1992 1993 roky 0 Obr. 2. Použitá literatura: [1] BŘENDA I.: Typizace pro meliorační výstavbu. Meliorace, 24 (LXI), 1988, č.2 str.: 107 114. [2] FORMAN R.T.T., GODRON M.: Krajinná ekologie. Academia 1993, str. 570. [3] HOŠEK J.: Ekologie přírodních refugií v zemědělské krajině. Diplomová práce 1986, str. 120. [4] Hydrologické ročenky ČR 1992,1995,1997. Český hydrometeorologický ústav. [5] SOUKUP M a kol.: Revitalizace zemědělsko-lesního povodí. Záv. zpráva úkolu RE 0930950004, VÚMOP Praha 1995, str.: 91. [6] SOUKUP a kol.: Podklady pro regulaci odtoku v zemědělském povodí a postupy jeho hodnocení. Výr. zpr. projektu EP 090006150 Regulace odtoku povrchové a půdní vody v povodí s ohledem na ochranu vod. VÚMOP Praha 1997, str. 39 + příl. IUAPPA 2000 242 Section: B